淺埋煤層綜采采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

1、淺埋煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究摘要:為了分析總結(jié)淺埋煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,結(jié)合神寧集團(tuán)梅花井煤礦112201工作面情況,設(shè)計(jì)合理的淺埋煤層工作面礦壓監(jiān)測(cè)方案。通過112201工作面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理及分析,結(jié)果表明:112201工作面老頂初次來壓步距平均為47m,周期來壓步距約為2030m,平均25m。來壓期間礦山壓力顯現(xiàn)劇烈,工作面壓力呈現(xiàn)明顯的兩頭小、中間大的規(guī)律,工作面前方615m范圍為應(yīng)力峰值區(qū)。淺埋煤層開采期間,頂板來壓步距相對(duì)較大,相比深埋煤層,來壓期間礦山壓力增大幅度較大,礦壓顯現(xiàn)較劇烈。關(guān)鍵詞:淺埋煤層;綜合機(jī)械化采煤;礦壓監(jiān)測(cè);礦壓顯現(xiàn)。1 地質(zhì)概況112201綜采工作面

2、,煤層發(fā)育良好,地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,無夾矸,無大的構(gòu)造,整個(gè)煤層呈一單斜構(gòu)造。煤層穩(wěn)定,煤層厚度為1.94.08m,平均為3.4m,煤層傾角229°,平均18°,屬緩傾斜傾斜煤層。21319工作面平均走向長(zhǎng)4957m,工作面平均長(zhǎng)255.7m,埋深平均為110m,基巖層厚度平均為14m,載荷層厚度平均為76m,基載比為0.18,頂板為典型的單一關(guān)鍵層淺埋煤層結(jié)構(gòu)。2 工作面監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)2.1 工作面礦壓監(jiān)測(cè)的目的在淺埋煤層工作面開采過程中實(shí)施支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),主要監(jiān)測(cè)目的為:1掌握淺埋煤層工作面回采過程中的綜采液壓支架的受力狀況與頂板的來壓規(guī)律,為淺埋煤層工作面的支架選型和

3、設(shè)計(jì)及支護(hù)強(qiáng)度確定提供依據(jù)12;2分析頂板來壓規(guī)律,實(shí)現(xiàn)頂板來壓步距和來壓強(qiáng)度預(yù)報(bào),為合理的頂板控制提供依據(jù)34;3掌握巷道受工作面采動(dòng)影響時(shí)圍巖變形的基本規(guī)律,為確定動(dòng)壓條件下回采巷道支護(hù)方法和合理支護(hù)參數(shù)提供依據(jù)5;4掌握工作面超前采動(dòng)影響范圍和超前支承壓力高峰區(qū)域,確定工作面巷道的超前加強(qiáng)支護(hù)距離及對(duì)應(yīng)支護(hù)技術(shù)措施。2.2 礦壓監(jiān)測(cè)的流程監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括綜采支架支護(hù)阻力、工作面兩巷超前單體支柱支護(hù)阻力、巷道頂板離層情況、巷道圍巖表面變形情況,監(jiān)測(cè)流程如圖1所示。工作面礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作面液壓支架支護(hù)阻力監(jiān)測(cè)超前支護(hù)段單體支柱工作阻力監(jiān)測(cè)巷道頂板離層監(jiān)測(cè)巷道圍巖表面變形監(jiān)測(cè)初撐力初撐力初撐力工

4、作阻力頂?shù)装逡平考耙平俣葍蓭鸵平考耙平俣软數(shù)装咫x層量實(shí)測(cè)分析理論分析實(shí)測(cè)分析現(xiàn)場(chǎng)觀察與指導(dǎo)監(jiān)測(cè)內(nèi)容監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)結(jié)果分析總結(jié)總體評(píng)價(jià)與建議圖1 礦壓監(jiān)測(cè)流程圖2.3 工作面測(cè)站布置工作面每臺(tái)支架安裝1臺(tái)PM31電液控制器,對(duì)支架的工作阻力、供液壓力等自動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄。由主控制箱將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)井下環(huán)網(wǎng)傳輸至地面調(diào)度室,安排專人進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析處理,及時(shí)掌握工作面初次放頂步距、周期來壓步距及最大來壓強(qiáng)度等礦壓參數(shù)。 2.4 工作面兩巷測(cè)站布置為研究工作面兩巷受采動(dòng)影響時(shí),頂板、兩幫及煤壁變形及應(yīng)力分布狀況,在工作面兩巷分別布置超前支護(hù)監(jiān)測(cè)設(shè)備、頂板離層監(jiān)測(cè)設(shè)備,其布置位置如圖2所示。0m50m 1

5、00m 150m 200m項(xiàng)目一、工作面兩巷測(cè)站布置位置二、超前支護(hù)監(jiān)測(cè)設(shè)備布置1234三、巷道表面變形測(cè)線布置四、頂板離層監(jiān)測(cè)設(shè)備布置圖2 112201工作面兩巷測(cè)站布置示意圖3 工作面礦壓實(shí)測(cè)結(jié)果及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析3.1 工作面實(shí)測(cè)結(jié)果分析工作面監(jiān)測(cè)的綜采支架為ZY7000/19/40型2柱掩護(hù)式液壓支架,工作面共有支架170架,通過對(duì)10#、90#和155#支架PM31的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出10#、90#和155#支架工作阻力變化趨勢(shì)圖。 圖3 10#支架工作阻力變化趨勢(shì)圖 圖4 90#支架工作阻力變化趨勢(shì)圖圖5 155#支架工作阻力變化趨勢(shì)圖根據(jù)以上實(shí)測(cè)的支架工作阻力分布情況可知:(

6、1綜合實(shí)際可知,工作面初次來壓步距為47m 。(2通過對(duì)10#、90#和155#支架工作阻力變化曲線進(jìn)行分析,綜合日推進(jìn)度、工作面直線狀態(tài)等多方面因素,確定工作面來壓周期為24天,平均3天,來壓期間工作面平均最大工作阻力為31.0Mpa,周期來壓步距為2030m,平均25m。3.2 沿工作面傾斜方向來壓顯現(xiàn)特征分析受煤層傾角、開采邊界條件、回采工藝、煤巖賦存條件及支護(hù)質(zhì)量等因素的影響,沿工作面傾斜方向頂板壓力在各個(gè)支架PM31顯示各不相同,根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果,通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析后得到工作面傾斜方向的工作阻力分布趨勢(shì)如圖6、7所示。 圖6 非來壓期間工作面支架工作阻力分布圖7 周期來壓期間工作面支

7、架工作阻力分布通過分析液壓支架的壓力發(fā)現(xiàn),不論來壓與否,頂板壓力沿工作面傾斜方向呈規(guī)律性分布,壓力分布特征為中部大,兩端較小,并且壓力較高區(qū)域多分布在第60#120#支架之間。究其根本原因,板OX形破斷及兩端的弧三角形決定了來壓必然是中部大兩端小,兩側(cè)隨推進(jìn)受弧三角板的保護(hù)來壓結(jié)束比較早。在工作面未推進(jìn)到的情況下,頂板經(jīng)歷卸壓過程,說明頂板結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。4 工作面兩巷礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果分析4.1 超前支護(hù)段單體支柱支護(hù)實(shí)測(cè)結(jié)果及分析為監(jiān)測(cè)超前支護(hù)段單體支柱支護(hù)質(zhì)量,在工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷距離離工作面20m左右的范圍內(nèi),在超前支護(hù)單體支柱上安設(shè)工作阻力監(jiān)測(cè)儀,自動(dòng)記錄數(shù)據(jù),并由監(jiān)測(cè)人

8、員采集。經(jīng)過對(duì)4個(gè)數(shù)字壓力計(jì)監(jiān)測(cè)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后,得工作面兩巷超前支護(hù)單體支柱工作阻力變化趨勢(shì)如圖8所示。 圖8 工作面兩巷超前支護(hù)單體支柱工作阻力綜合變化趨勢(shì)圖由圖8工作面兩巷超前支護(hù)單體支柱工作阻力綜合變化趨勢(shì)圖可知,工作面兩巷的單體支柱阻力呈現(xiàn)出明顯的低壓力區(qū)、應(yīng)力增高區(qū)、應(yīng)力平穩(wěn)區(qū)的特征:1超前工作面34m范圍內(nèi),由于工作面支架以及工作面前方煤體的支撐作用,該區(qū)域處于卸壓區(qū),單體支柱的工作阻力較小,為低應(yīng)力區(qū)域;2超前工作面615m范圍內(nèi),超前壓力迅速增加,峰值出現(xiàn)在距離煤壁89m的位置,壓力值為24.5Mpa;3超前工作面20m以后,逐漸接近原巖應(yīng)力,屬于應(yīng)力平穩(wěn)區(qū)。4.2

9、 兩巷表面位移監(jiān)測(cè)通過對(duì)所有采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后,安裝的6個(gè)頂板離層儀都幾乎沒有發(fā)生變化,只有距離工作面50m的頂板離層儀稍有變化,且頂板最大累積離層量不超過5mm,說明工作面采動(dòng)對(duì)頂板結(jié)構(gòu)的影響甚微。5 結(jié)論(1112201工作面老頂初次來壓步距為47m,周期來壓為2030m,平均25m,來壓期間礦山壓力顯現(xiàn)劇烈,工作面壓力呈現(xiàn)明顯的兩頭小、中間大的規(guī)律,頂板來壓步距相對(duì)較大,相比深埋煤層,來壓期間礦山壓力增大幅度較大,礦壓顯現(xiàn)較劇烈。(2超前工作面615m范圍內(nèi),超前壓力迅速增加,峰值出現(xiàn)在距離煤壁615m的位置,應(yīng)力值為24.5MPa,在這個(gè)區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)支護(hù);(3淺埋煤層工作面運(yùn)輸平巷和回風(fēng)平巷頂板幾乎無離層,且頂板最大累積離層量不超過5mm,巷道表面位移很小。參考文獻(xiàn)1 黃慶享.淺埋煤層長(zhǎng)壁開采頂板結(jié)構(gòu)及巖層控制研究M.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2000。2 李鳳儀,梁冰,董尹庚.淺埋煤層工作面頂板活動(dòng)及其控制J.礦山壓力與頂板管理,2005。3 原國(guó)政. 礦壓監(jiān)測(cè)在頂板安全管理中的應(yīng)用J.煤